發酵工程技術原理及應用

潘玉梅

（西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽 621000）

發酵工程是生物技術的重要組成部分以及產業化的重要環節[1]，發酵工程技術有著悠久的歷史，經歷了“農產手工加工——近代發酵工程——現代發酵工程”三個發展階段。早在幾千年前，人們在藥品、乳制品等方面應用了發酵工程技術[2]。

1 發酵工程原理與技術

1.1 微生物菌種的選育

發酵工業主要利用工業微生物進行發酵，工業微生物具有個體小、種類多、繁殖快、分布廣、代謝能力強等特點。對微生物要求也較為嚴格，用在發酵工業的微生物需要滿足以下條件：能在廉價原料制備的培養基上迅速生長并生成所需的代謝產物，且產量高；培養條件易于控制；生長迅速，發酵周期短；滿足代謝控制的要求；抗暖菌體和雜菌能力強；遺傳性狀穩定，菌種不易變異退化；在發酵過程中產生的泡沫要少；對需要添加的前體物質有耐受能力；并且不能將這些前體物質作為一般碳源使用；不是病原菌，同時在系統發育上與病原菌無關，不產生任何有害的生物活性物質（包括抗生素、激素和病毒）以保證安全。

1.2 微生物種子的擴大培養

種子擴大培養是指將保存在砂土管、冷凍干燥管處于休眠狀態的生產菌種接入試管斜面活化后，再經過搖瓶或靜置培養及種子罐逐級放大培養，而獲得一定數量和質量的純種過程。這些純種培養物稱為種子，是發酵工程的一個組成部分，其實旨是將保存在砂土管、冷凍干燥管中處于休眠狀態的生產菌種接入試管斜面活化后，再經過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培養，最終獲得一定數量和質量的純種過程。

2 發酵工程的應用

2.1 在農業中的應用

利用微生物生產的飼料蛋白、酶制劑、氨基酸、維生素、抗生素和益生菌微生物制劑等飼料產品的使用使發酵工程技術在飼料工業中得到了更廣泛的應用，一些傳統廢物也可經過發酵工程制備成為新型飼料，為回收利用作出了巨大貢獻。

2.2 在醫藥方面的應用

微生物發酵法是生物轉化的方法之一，在醫藥領域中早有應用，將現代微生物技術與醫藥研究相結合。可以提高有效成分的含量、增強藥材療效、降低毒副作用等。發酵工程在制藥過程中需要經過少量發酵種子液；灌裝培養基；發酵罐中加入種子液發酵；檢測OD、溶氧量等指標；流加培養基、攪拌；發酵到對數生長期后，進行誘導；誘導表達一段時間后進行放罐等過程。

2.3 在食品工業中的應用

2.3.1 傳統發酵產品

傳統的發酵產品包括醬油、啤酒、食醋等。以食醋的生產為例，主要利用醋酸菌將醋醅中的酒精轉化為醋酸的能力，通過醋酸菌中與膜結合的吡咯喹啉醌-乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶來完成的，這兩種酶的結構和特性決定了該菌種的適應能力和轉化能力。醋酸是食醋中的主要成分，它可以抑制雜菌生長，從而防止食品受到污染變質。但在某些飲料生產中醋酸菌也會造成一定的危害,例如在葡萄酒生產中，醋酸含量達到1.2～1.4 g/L時，即可被認作受到了污染。

2.3.2 食品添加劑的生產

世界各國對食品添加劑的定義不盡相同，聯合國糧農組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）聯合食品法規委員會對食品添加劑定義為：食品添加劑是有意識地一般以少量添加于食品，以改善食品的外觀、風味和組織結構或貯存性質的非營養物質。隨著生活水平的提高，人們對食品的色、香、味等要求越來越高，對食品添加劑的應用也越來越廣泛，但食品添加劑的安全一直以來都是人們所關注的問題，因此，采用微生物發酵法合成食品添加劑成為一種發展趨勢。

2.4 其他領域的應用

在如今環境問題日漸嚴峻，生態環境受到各種破壞的情況下，發酵工程可應用于環境保護的多方面。以下是經過多年開發，接近于生產化的技術，亞硫酸鹽紙漿廢液乙醇發酵、酵母循環系統、廢纖維素的資源、有機固體廢物的快速堆肥等。應用發酵工程技術處理環境問題為人們營造了一個更健康的生活環境。

3 存在的問題與展望

發酵工程技術應用越來越廣泛，但是其仍然存在一些問題。一是糧食短缺問題；二是水資源匱乏問題；三是環境污染問題。

隨著發酵工程技術在環境保護中的應用，隨著全球范圍內對環境保護的高度重視，為發酵工程及其技術在環境保護中的應用展示了更為廣闊的前景。我國微生物發酵工程在環境保護上的應用還處于初級階段，發酵工程技術在環保中進一步開發需要得到社會、同行及主管部門的大力支持。